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专利名称：热量表超声波换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声波换能器，特别是一种专用于超声波热量表的电能和声 能相互转换的热量表超声波换能器，主要适用于超声波热量表中对介质流量的测量。
背景技术：
超声波是指频率高于20KHZ的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超 生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波换能器。超声波换能器包括发送器和 接收器，但一个超声波换能器也可同时具有发送声波和接收声波的双重作用。超声波换能 器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电信号转 换成超声波信号，发射出去；而在收到超声波回波的时候，则将超声振动转换成电信号。目 前，超声波换能器的种类很多，但还没有专用于热量表的超声波换能器。国内外同类产品的 换能器结构一般都是用压电陶瓷片与匹配材料层组合而成，这种设计的超声波换能器存在 以下不足一是转换效率低，目前大部分匹配材料层以硬质塑料和泡沫材料为主，使大部分 信号从匹配材料层反射回超声波换能器，使转换效率降低；二是一致性不好，超声波热量表 需要收发两个超声波换能器，两个超声波换能器需要相同的电声性能，才能完成相互的收 发转换，并利于批量制造。另外超声波热表需要实时测量管道流量，更需要较强的一致性和 可靠性；三是不耐腐蚀、不耐压及不耐高温，由于目前超声波换能器的外壳多为普通塑料， 而超声波热量表的测量介质多为高温、高压、PH值非中性，且常年浸泡在热水中，对超声波 换能器的耐腐蚀、耐压及耐高温性能提出了更高的要求。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种高强度、耐腐蚀、耐压、耐高温、抗干扰、转换效率 高、一致性好的热量表超声波换能器。为达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是该热量表超声波换能器，由压 电陶瓷片、声匹配材料层、壳体和保护罩构成，声匹配材料层设在壳体内的底部，压电陶瓷 片设在声匹配材料层的上面，在壳体的上口上设有保护罩，其特征在于在压电陶瓷片的上 面设有信号处理板，信号处理板的一个电极焊接在压电陶瓷片上面的一侧，信号处理板的 另一个电极焊接在压电陶瓷片下面的另一侧，电极与屏蔽导线连接，在信号处理板的中部 焊接上匹配电子元件，在壳体的腔内灌装上密封胶层。本实用新型还通过如下措施实施所述的壳体的内腔为圆筒状，信号处理板、压电 陶瓷片和声匹配材料层均为圆形，通过粘结剂高压粘结为一体，声匹配材料层的直径与壳 体的内直径一致，压电陶瓷片的谐振频率为IMHZ ；所述的匹配电子元件为一匹配电阻；所 述的声匹配材料层为改性树脂，设在压电陶瓷片的下面；所述的外壳采用新型的PPS工程 塑料制作。本实用新型的有益效果在于与目前使用的超声波换能器相比，由于在压电陶瓷 片的上面设有信号处理板，且采用了压电陶瓷片的厚度振动模式，所以提高了超声波换能器信号的强度及信号的一致性；另外，由于该超声波换能器，在发射状态下，当对超声波换能器加发射信号时，压电陶瓷片产生与发射信号相一致的同频率(IMHZ)的超声振动，并经 由声匹配材料层、外壳向水中发射声波。在接收状态下，当超声波换能器接收到来自水中的 发射波时，透过外壳、声匹配材料层引起压电陶瓷片振动并产生相应的输出电信号提供电 路处理。所以，该热量表超声波换能器具有高强度、耐腐蚀、耐压、耐高温、抗干扰、转换效率 高、一致性好的优点。

图1、为本实用新型的结构轴向剖视示意图。
具体实施方式
参照附图1制作本实用新型。该热量表超声波换能器，由压电陶瓷片1、声匹配材 料层2、壳体3和保护罩4构成，声匹配材料层2设在壳体3内的底部，压电陶瓷片1设在声 匹配材料层2的上面，在壳体3的上口上设有保护罩4，其特征在于在压电陶瓷片1的上面 设有信号处理板5，信号处理板5的一个电极9焊接在压电陶瓷片1上面的一侧，信号处理 板5的另一个电极9'焊接在压电陶瓷片1下面的另一侧，电极9、9'与屏蔽导线7连接， 通过信号处理板5实现对声电信号处理，在信号处理板5的中部焊接上匹配电子元件6，通 过匹配电子元件6消除杂波及电荷，提高转换效率及可靠性，在壳体3的腔内灌装上密封胶 层8，通过密封胶层8实现信号处理板5以上空间的密封，同时吸收压电陶瓷片1向后部的 振动及外壳3内部的杂波。所述的壳体3的内腔为圆筒状，信号处理板5、压电陶瓷片1和声匹配材料层2均 为圆形，通过粘结剂高压粘结为一体，声匹配材料层2的直径与壳体3的内直径一致，压电 陶瓷片1的谐振频率为IMHZ ；所述的匹配电子元件6为一匹配电阻；所述的声匹配材料层2 为改性树脂，设在压电陶瓷片1的下面，其作用在于改善压电陶瓷1与外壳3及介质之间的 声阻抗匹配，提高超声波的传输效果；所述的外壳3采用新型的PPS工程塑料制作，它具有 高强度、耐腐蚀、耐高温、抗老化、与介质匹配良好等显著的优点，有利于长期、可靠地工作； 外壳3与声匹配材料层2在材料、厚度等方面的可靠设计，能有效消除附着在发射面表面的 污物和垢层对信号的影响；保护罩4的设计增加了超声波换能器的耐压性，并作为的接地 端，提高抗干扰性能。
权利要求一种热量表超声波换能器，由压电陶瓷片(1)、声匹配材料层(2)、壳体(3)和保护罩(4)构成，声匹配材料层(2)设在壳体(3)内的底部，压电陶瓷片(1)设在声匹配材料层(2)的上面，在壳体(3)的上口上设有保护罩(4)，其特征在于在压电陶瓷片(1)的上面设有信号处理板(5)，信号处理板(5)的一个电极(9)焊接在压电陶瓷片(1)上面的一侧，信号处理板(5)的另一个电极(9′)焊接在压电陶瓷片(1)下面的另一侧，电极(9、9′)与屏蔽导线(7)连接，在信号处理板(5)的中部焊接上匹配电子元件(6)，在壳体(3)的腔内灌装上密封胶层(8)。
2.根据权利要求1所述的热量表超声波换能器，其特征在于所述的壳体(3)的内腔为 圆筒状，信号处理板(5)、压电陶瓷片(1)和声匹配材料层(2)均为圆形，通过粘结剂高压粘 结为一体，声匹配材料层(2)的直径与壳体(3)的内直径一致，压电陶瓷片(1)的谐振频率 为 1MHZ。
3.根据权利要求1所述的热量表超声波换能器，其特征在于所述的匹配电子元件(6) 为一匹配电阻。
专利摘要本实用新型公开了一种热量表超声波换能器，由压电陶瓷片(1)、声匹配材料层(2)、壳体(3)和保护罩(4)构成，其特征在于在压电陶瓷片(1)的上面设有信号处理板(5)，信号处理板(5)的两个电极(9、9′)分别焊接在压电陶瓷片(1)的上、下面的一侧，电极(9、9′)与屏蔽导线(7)连接，在信号处理板(5)的中部焊接上匹配电子元件(6)，在壳体(3)的腔内灌装上密封胶层(8)。该超声波换能器，既提高超声波换能器信号的强度及信号的一致性，又能使压电陶瓷片产生与发射信号相一致的同频率的超声振动，还具有高强度、耐腐蚀、耐压、耐高温、抗干扰、转换效率高、一致性好的优点。可广泛专用于热量表。
文档编号G01F1/66GK201611266SQ20102013127
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者乔东坡, 亓建成, 刘婷婷, 李梅, 隋振法 申请人:山东力创科技有限公司